城市单交叉口实时控制方法研究

论文摘要

我国已经进入城镇化及城市机动化的发展高潮期,在城镇化和机动化的双重作用下,全国约800个大中城市普遍陷入了难以摆脱的交通困境,交通拥挤问题己成为制约城市发展和居民生活质量提高的首要问题之一。解决城市交通拥挤的最有效的途径之一是建设和使用先进、适用的交通管理系统,而交通信号控制是交通管理系统的核心。本文以此为出发点,详细分析了传统的城市单交叉口信号控制方法,并重点研究了新型的自适应交通信号控制方法。本文首先介绍了目前城市交通信号控制的现状,并且分析和讨论了交通流的基本理论,介绍了交通信号控制的基本概念、性能指标以及几种典型的交通信号控制分类。其次,详细分析了传统的定时信号控制方法和感应信号控制方法,并且讨论了两种信号控制策略的优点和适用范围;提出了一种基于无线传感器的交叉口实时交通流预测方法,在此基础上,给出基于动态规划和基于遗传算法的自适应交通信号控制方法。最后,在德国宇航局的开源微观交通仿真平台SUMO上,对本文中的各种信号控制方法进行了仿真比较,并分析各种信号控制策略的适用性。仿真结果表明:城市路网中的交通流在中度拥挤以下时,自适应信号控制方法优于定时信号控制和感应信号控制,减少了13.26%至40.64%的车辆平均延误时间,能更好的响应交叉口交通流的随机到达;但是当交通流达到重度拥挤情况以后,即路网中交通流到达过饱和,各种信号控制方法都没有得到较好的控制效果,全部接近定时信号控制所得到的控制结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 交通信号控制国内外研究现状综述
• 1.2.1 交通信号控制国外研究现状
• 1.2.2 交通信号控制国内研究现状
• 1.2.3 国内现有研究的不足
• 1.2.4 道路交通信号控制发展历程
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的组织结构
• 2 城市交通信号控制的基本理论
• 2.1 交通流基本理论
• 2.1.1 交通流的度量
• 2.1.2 交通流的特性
• 2.2 交通信号控制基本概念及性能指标
• 2.2.1 交通信号控制基本概念与控制参数
• 2.2.2 交通控制的评价指标
• 2.3 交通信号控制策略介绍
• 2.3.1 按控制范围分
• 2.3.2 按响应方式分
• 3 传统的城市单交叉口信号控制方法
• 3.1 定时信号控制
• 3.1.1 定时控制基本控制参数
• 3.1.2 基于Webster的信号配时方法
• 3.1.3 定时信号配时的修正
• 3.1.4 定时信号配时设计程序
• 3.1.5 定时控制通行权
• 3.2 感应式信号控制
• 3.2.1 感应信号控制基本原理
• 3.2.2 交通感应控制参数
• 3.2.3 半感应信号控制
• 3.2.4 全感应式信号控制研究
• 3.3 定时信号与感应信号的选择
• 4 自适应城市单交叉口信号控制方法
• 4.1 实时车辆预测算法
• 4.2 基于动态规划的单点信号控制
• 4.2.1 提出背景
• 4.2.2 动态规划算法简介
• 4.2.3 控制算法
• 4.2.4 优化模型的建立
• 4.2.5 对COP算法的改进
• 4.2.6 COP算法时间复杂度分析
• 4.3 基于遗传算法的单点信号控制
• 4.3.1 遗传算法介绍
• 4.3.2 建立优化模型
• 4.3.3 遗传算法求解配时模型的设计
• 4.3.4 遗传算法时间复杂度分析
• 4.4 本章小结
• 5 城市交叉口信号控制仿真
• 5.1 开源仿真工具SUMO介绍
• 5.1.1 系统框架和主要组成模块
• 5.1.2 SUMO仿真界面
• 5.2 仿真环境设置
• 5.2.1 基本参数设置
• 5.2.2 路口相位设计
• 5.3 实时预测算法的实现
• 5.4 交通信号控制方法仿真
• 5.4.1 定时信号控制
• 5.4.2 感应信号控制
• 5.4.3 自适应信号控制
• 5.4.4 各种信号控制方法仿真比较
• 5.5 交通信号控制方法适用性分析
• 5.5.1 定时控制的适用性
• 5.5.2 感应控制的适用性
• 5.5.3 自适应控制的适用性
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 附录A COP计算步骤
• 致谢